Astro News Serial No 8. Vol No I
1st issue of June 2012
<목 차>
I. Life with Kaas
폭풍이 몰아쳐도 할 일이 있다 – 번개사냥
(1) 번개, 너를 알고자 한다
(2) 번개사냥의 제갈량 되기
(3) 번개사냥 출사 !
1. 카메라와 렌즈 세팅
2. 슈팅의 노하우
(4) 번개 못 잡아도 좋으니 안전이 제일
1. 흥미로운 통계
2. 기본 안전수칙
II. Not Essential But Beneficial
– 273.15 ℃, – 458.67 ℉
(1) 온도란 무엇인가 ?
(2) 중국이 아닌 폴란드에서 오신 華氏 아저씨
(3) 하루라도 안 불러주면 섭섭한 攝氏 아저씨
(4) 문자 K 하나로 열역학 평정한 켈빈 아저씨
III. Surprise & Mystery
차가움의 절대지존 – 부메랑 성운
(1) 가까이 오면 뭐든지 얼려버린다
(2) 헷갈리는 명칭 - 원시행성상 성운
(3) 부메랑과 나비넥타이
IV. Journey to Deep Sky
알아주는 사람 없어도 孤高히 빛난다 - Melotte 111
(1) 날 분류하려 하지마
(2) 전설 따라 삼천리
(3) 보석 같은 V 자 별무리
V. Moon River Wider Than a Mile
월하삼작 – 행성조와 지구조
(1) 2003년 천문지도사 3급 1기 자격시험 문제
(2) 행성조
(3) 지구조
(4) 왜 초승달, 그믐달에만 지구조가 보일까 ?
<본 문>
I. Life with Kaas
폭풍이 몰아쳐도 할 일이 있다 – 번개사냥
금성 일면통과하는 6월 6일 청명한 날씨 기원하며 호국영령께 참배해도 시원치 않은데, 6월을 코앞에 두고
뜬금없이 폭풍 운운하게 됩니다. 그러나 이 칼럼은 현재 시점보다 일정이 한달 가량 앞서가야 하므로 7월의
일들을 말씀 드린다고 생각해 주시고 너그러이 양해 부탁 드립니다.
벌써 낮에는 무덥고, 밤에는 천둥치고. 이젠 South Korea 가 아니라 사우나 코리아입니다. 아열대 한반도…
낮에는 도랑치고 가재 잡고, 밤에는 은하수 보고 님도 보던 옛날로 다시 돌아갈 수는 있을까 ? 그러나 아열대
한반도라고 기 죽어 있을 순 없다. 이열치열. 눈에는 눈. 한자론 雪 에는 雪, 쉬운 말로 눈싸움…
쓸데없이 삼천포로 빠졌으나, 드리고 싶은 말씀은 뇌우가 몰려올수록 신나는 일을 만들면 된다는 것이다.
이번엔 눈에는 눈이란 말처럼, 번개 나타나면 번개 잡으러 가는 번개사냥꾼 되는 방법을 알아본다.
우아한 명칭 원하시면 번개사냥가 란 말을 사용하셔도 됩니다.
번개사진 촬영은 예상할 수 없는 찰나의 순간을 잡아내는 일이라 인내력이 필요하고, 극히 밝은 번개라는
광원을 찍어야 하므로 조금의 노하우도 필요하다. 번개사냥 기법을 찾아 간단히 정리해 보았다. 지루한 장마철
실전 대비해서 지금부터 뇌우예보 있을 때 마다 연습용 출사 나가시면 좋을 것 같다.
(1) 번개, 너를 알고자 한다
우선 번개 사진 몇 장 보시고 시작한다. 예술성 있는 번개사진은 모두 저작권 있으므로, 여기엔 Open Source
에서 얻은 사진만 올린다. 번개의 형태에 대해선 아래에서 설명 드린다.
<일반적인 번개>
<또 다른 형태의 번개>
강한 태양 광선으로 지표의 공기가 가열되면 상승기류가 생겨서 적란운 (Cumulonimbus) 이라 불리는 비구름
이 발생하는데, 구름과 대지 사이, 또는 구름과 구름 사이에서 일어나는 전기 방전현상을 번개라 부른다.
드문 경우이지만, 화산재 구름이나 먼지폭풍에서도 발생한다.
번개길이는 수 km 에 달하고, 진행속도는 시속 22만 km이며, 1억~10억 Volt 에 이르는 전압으로인해 주변
대기가 순간적으로 28~30,000 ℃ 까지 올라간다고 한다. 번개를 고속촬영 해보면 우리눈에 한 개로 보이는
번개는 대부분 3~4개의 번개타격 (Stroke) 이 순간적으로 빠른 시차를 두고 차례로 일어난다. 그러나 정확한
물리학적 생성과정은 아직도 시원하게 밝혀지진 않았다고. 번개를 연구하는 학문을 Fulminology 라고
한다는데, 찾아보니 일반 영어사전엔 보이지 않았다.
(2) 번개사냥의 제갈량 되기
<번개 던지는 시간은 제우스 할아버지 마음>
역사상 진위여부는 논외로 하고, 제갈량이 적벽대전에서 그 지역 기상상태를 몰래 관찰하고 동남풍을 예측
했다는 것처럼, 번개를 잡으려면 언제 번개가 오는지부터 알아보는 것이 순서인 것 같다. 위에서 언급 드렸
듯이 번개는 대부분 적란운이란 비구름에서 발생한다고 한다. 그러면 번개 예측 하려면 적란운부터 구별할
수 있어야겠다.
흔히 뭉게구름이라 불리는 적운 (Cumulus) 이 더욱 발달하면 적란운 (Cumulonimbus) 이 만들어지는데,
모양에 따라 여러 가지로 분류된다. 아래사진 이외에 Tornado 에서도 번개 나타난다. 저녁때쯤 아래와 같은
적란운 보시면 번개사냥 준비하셔도 될 것이다.
<대머리 적란운 Cumulonimbus Calvus. 적운 (뭉게구름 Cumulus) 이 발달한 것.
이것이 더욱 발달하면 아래의 강수 적란운이 된다>
<강수 적란운 Cumulonimbus Praecipitatio. 다른 말로는 뇌우 Thunderstorm >
<아치 두루마리 적란운 Cumulonimbus Arcus Roll
꼭 UFO 엔진 배출구 같기도…>
<아치 선반 적란운 Cumulonimbus Arcus Shelf>
<꼬리 적란운 Cumulonimbus Virga>
<깔때기 적란운 Cumulonimbus Funnel (Tuba)>
<조각구름 적란운 Cumulonimbus Fratus - 가운데 검은 구름
뒤쪽 배경에 보이는 구름은 난층운 Nimbostratus>
<유방 적란운 Cumulonimbus Mammatus>
(3) 번개사냥 출사 !
출사 전에 먼저 안전수칙을 살펴 보아야 하지만, 여기는 실전 캠프가 아니고 칼럼에 불과하므로 안전수칙은
바로 아래 순서에서 살펴보기로 하고 번개사냥의 몇 가지 Tip 먼저 살펴본다.
준비물을 보면, 당연히 DSLR 카메라는 있어야 되고 삼각대와 Cable Release 도 필수품. 렌즈는 해당 카메라의
표준렌즈 정도면 된다. (일반 카메라는 약 50 mm). 광각 또는 망원렌즈도 있으면 원하시는 화각 만드실 수
있다. 촬영모드는 M 또는 B 로 하고 렌즈는 MF 로 놓는다. 다음으론 번개사냥에 적합한 감도, 조리개, 셔터
스피드 수치를 살펴본다.
1. 카메라와 렌즈 세팅
광해 많은 도시 이면 ISO 100, 조리개는 F8~11, 셔터는 15초 정도 개방한다. 몇 번 미리 테스트한 후, 가장
적당한 조합을 선택하시면 된다. 광해가 아주 심한 도심이면 F16~22 까지도 세팅한다.
광해가 조금 있는 교외 인 경우 에는 ISO 100, 조리개 F5.6, 셔터는 20초 정도이면 될 것이다. 테스트에서
노출 과다이면 F8 로 조리개 조이고 셔터도 15초로 조정한다.
깜깜한 시골 로 가셨으면 ISO는 동일하게 100으로 하시고 조리개 F5.6, 셔터는 60초 정도 개방하면 맞을
것이다. 역시 번개 치기 전에 미리 테스트해서 해당 장소에서의 최적 노출로 조정한다.
2. 슈팅의 노하우
최적노출 맞춰 놓아도, 번개 친다고 바로 서둘러 셔터 마구 누르면 원하는 사진 얻기 힘들다. 먼저 뇌우의
형태와 스타일을 관찰한다. 뇌우가 오는 것을 느끼며, 몇 번의 번개 치는 것을 기다린 후에 가장 빈번하게
번개 치는 방향으로 카메라를 돌려 놓는다. 이 때 마음에 드는 화각으로 조정한다. 하늘의 번개만 찍으면
의미 없는 천체사진이 되므로 반드시 주변의 풍광을 화각의 아래나 옆에 넣어서 구도를 맞춘다. 다음은 번개
오시기만 기다리면 된다. 다음의 설명은 번개 촬영의 한가지 방법이며, 개인별로 나름대로의 방법을 만드실
수 있을 것이다.
만일 깜깜한 시골에서 셔터를 60초 개방으로 맞춰 놓았고, 기다리던 “어떤 시점” 부터 60초 후에 번개 칠
것이 예상된다면, 그 “어떤 시점” 부터 30 초를 기다린 후에 셔터를 누르고 (조리개 열고) 60초를 개방
한다. 그러면 번개 친 이후 30초 있다가 조리개가 닫히게 된다. 정리하면, “번개 치는 순간이 셔터 개방
시간의 중간에 오도록 조정하는 것이 노하우이다. 물론 번개 치는 순간을 정확히 예상하진 못하지만, 잘
관찰해보면 그 패턴을 추정할수는 있다. 그림으로 설명하면 아래와 같다.
번개는 번쩍하는 시간이 너무 짧아 그것을 보고 셔터 누를 시간이 없다. 그래서 도전할 만한 것이기도 하다.
위에서 잠시 언급 드렸듯이, 번개는 그 형태에 따라 크게 두가지로 나눌 수 있다. 먼저 가장 흔한 것이 구름
에서 땅으로 꽂히는 번개인데, 그 지속시간은, 100만분의 몇 초라고 한다. 그러나 구름과 구름 사이에서
일어나는 번개는 번개를 보고 셔터 불러도 될 만큼 몇 초간이나 지속된다고 한다.
기타 몇 가지로 더 세분할 수 있으나 위의 두종류 범위 안에서의 구분이다. 그 중에서 우리도 보아왔던 Heat Lightning 하나만 소개 드린다. 이것은 천둥소리 없는 번개인데, 번개가 너무 먼 곳에서 발생해서 그 빛만
보이고 천둥소리는 오면서 사라진 것이다. 아래에 같이 사진 올려드린다.
<번개 獨奏 - 구름에서 땅으로 꽂히는 번개>
<번개 이중주 - 구름에서 땅으로 꽂히는 번개>
<번개 삼중주 - 구름에서 땅으로 꽂히는 번개>
<구름과 다른 구름 사이의 번개>
<Heat Lightning>
(4) 번개 못 잡아도 좋으니 안전이 제일
1. 흥미로운 통계
번개사냥에서 제일 중요한 것은 안전이다. 번개 잡으려다 번개에 잡히는 일은 없어야겠다. 아래 사진은
작년 2011년 5월에 Emirate Airline 소속 A380 여객기가 영국 London Heathrow 공항에 착륙 직전에
번개에 한대 얻어 맞는 순간이다. 당연히 번개로 인한 비행기 및 승객 피해는 없다. 항공기가 번개 맞는
일은 매년 평균 전세계 합계로 100회 정도 보고 된다고 한다. 한달 평균 8~9회 인데, 전세계 비행편수
따지면 미미하지만, 그래도 혹시 제가 탄 비행기가 아래 사진처럼 번개 맞는 생각하면 갑자기 몸이 찌릿찌릿.
<A380 이 번개 맞는 사진 – 2011년 5월>
우리나라 통계는 찾을 수 없었고, 미국 자료를 보면 매년 평균 73명이 번개에 맞아 사망하고 300명이 부상
한다고 한다. (어떤 다른 자료는 55명 사망, 약 1,000 명 부상). 미국은 우리나라와 기후와 지형이 다르므로
인구비례로 비교하면 안되지만, 사냥대상이 악어나 사자 보다 위험한 존재임은 알고 계셔야 한다.
여기서 말씀 드리는 번개는 구름에서 땅으로 꽂히는 번개만을 의미하며 우리말로는 벼락이라고 한다.
그러나 이 단어는 욕으로도 사용되어 어감이 좋지 않아, 그냥 번개라는 단어를 계속 사용한다. 아래는
미국의 경우이나 흥미로운 자료라서 소개 드린다.
1. 2010년의 29명 사망자중 남자가 22명 (76 %).
à 남자라고 대범한 척하면 안됨.
à 번개 피한다고 나무 밑으로 가시면 안됨,
à 로또 맞을 확률은 얼마나 될까 ?
à 번개는 포탄이 아님.
à 일발연타가 될 수도.
à 위험 인물 옆에 서 있어도 같이 위험해 짐.
뭐… 죽도록 사랑하신다면야 같이 서 계셔도 안 말림.
2. 기본 안전수칙
번개사냥에선 일반 출사와는 달리, 일기예보 및 뇌우진행 정보 받을 수 있도록 미리 준비하셔야 되고,
출사지역의 안전한 촬영장소를 미리 확보해 놓아야 한다. 기본적인 안전수칙을 열거하면 아래와 같다.
알아두시면 국내나 해외에서의 등산, 트레킹 하실 때도 도움되실 것이다.
이것들을 전부 지키려면 실내에서 번개사진 찍는 것이 제일 안전할 것이다. 아무튼 번개사냥 하지 않아도
사는데 지장 없으므로, 일단 안전이 확보된 후 에 사냥 나가야 한다. 귀중한 카메라를 보호할 수 있는 카메라
Rain Cover 도 있으면 금상첨화.
1. 건물 실내가 제일 안전함. 번개 그쳐도 30분 이상 지나서 외출해야 함.
지붕, 닫히는 문, 닫히는 창문 있는 건물이 제일 안전.
2. 문이나 창문 없어도 최소한 지붕 있는 곳이 안전.
지붕 있는 자동차도 안전함. 그러나 창문 닫고 있을 것.
3. 간이차고 (지붕만 있는 것), 텐트 야구장 덕 아웃 등 피뢰침 없이 지붕만 있는 것은
잠시 피할 수는 있으나, 그리 안전하지 않음.
4. 나무 밑. 철제 물질, 웅덩이, 수도관 등과는 떨어져 있을 것.
5. 유선 전화는 위험. 휴대폰이 사용이 안전함.
6. 콘크리트 바닥, 벽에는 눕거나 기대지 말 것.
7. 우산 쓰면 위험. 몸에 무거운 철제의 팔찌, 목걸이 등도 벗을 것.
8. 피할 곳 없다고 땅에 엎드리면 안되고, 아래 사진처럼 웅크려야 함.
<들판에 설치할 번개 대피소 – 피뢰침 및 바닥접지는 아직 설치 안되어 있음>
<피할 곳 없는 벌판에서 번개 만났을 경우 자세>
<Rain Cover 종류 - 광고가 아님>
번개사냥에서 필요한 것은 안전, 인내 그리고 순발력 으로 보인다. 그런데 이 세가지는 꼭 번개사냥이 아니
더라도 살아가는데 반드시 필요한 것이 아닌지. 예전 왕조 시대에는 진인사 대천명 (盡人事 待天命)이 덕목이
되었지만, 현재에는 진인사 순발력 (盡人事 瞬發力) 으로 바뀌어야 할 것 같다. 그런데 쓸데 없는 말씀 안드리고
착한 칼럼 쓰려면 순발력 이전에 집중력일지도….
II. Not Essential But Beneficial
– 273.15 ℃, – 458.67 ℉
이번 호부터 본 칼럼을 새로 시작합니다. 처음 Astro News 시작할 때 Subtitle 을 영어로 만들다 보니 칼럼
모양에 일관성 있도록 이 칼럼도 영어로 만들었습니다. 평소 제가 사용하는 말로 표현 한다면 ”필요하진 않으나
알고 계셔도 건강에 그리 나쁘지 않은 것들” 입니다. 비록 별을 감상하거나 예쁘게 사진 찍는 데 필요하진
않겠으나 우주를 이해하는데 조금이나마 도움이 될 수 있는 것들을 다시 한번 살펴보는 공간으로 생각해 주시면
감사하겠습니다.
(1) 온도란 무엇인가 ?
데카르트 아저씨는 "생각하므로 나는 존재한다 (cogito, ergo sum)"라고 했다지만, 제게는 너무 고차원적인
철학적 얘기이다. 다른 관점에서 좀 더 이해할 수 있도록 표현한다면, “나는 절묘한 위치에 있으므로 존재한다”
가 어떨지. 지구의 태양으로부터의 위치가 지금처럼 생명탄생 가능한 지역 (Habitable Zone) 에서 조금이라도
벗어났으면 지구에서 제 존재는 당연히 없을 것이다. 꼭 있어야 한다면 저기 Vega 행성계에 있을지도.
Contact 영화처럼.
생명탄생의 기본 조건은 적당한 온도이다. 지구도 탄생한 후 한참 지나서 적정 온도가 되었을 때 비로소
생명이 발생하게 된다. 아니면, 우주 어디에서 흘러 들어 왔던가. 그러면 이 뜨겁고, 차가운 정도인 온도는
어디에서 오는 것일까 ? 온도를 물리학적으로 말하면 분자 원자, 아원자 등의 물질 구성입자 진동으로 발생
하는 역학적 에너지 (Kinetic Energy) 라고 한다. 이런 진동으로 생성된 에너지가 물질에 보존되면 물질에서
열 (Heat) 이 발생하게 된다.
<입지들의 진동으로 발생한 역학적 에너지는 열이 되어 물질 안에 보존된다>
지금까지 여러 명의 과학자들이 이 역학적 에너지를 표시하는 온도 단위를 개발했으나, 현재의 일상에선
섭씨, 화씨가 사용되고, 천문학을 비롯한 과학 분야에선 Kelvin (켈빈) 이란 단위가 주로 사용된다. 이 Kevin
온도의 정확한 의미와 더불어, 다시 한번 기억을 되살리는 의미에서 일상에서 사용하는 섭씨, 화씨 단위들을
같이 알아본다. 우선 0 Kelvin 을 섭씨로 환산한 수치를 보면 아래와 같다.
0 Kelvin = 절대온도 = – 273.15 ℃ = – 458.67 ℉
Kelvin 온도 간격은 섭씨와 동일
한편, 실제로 온도계 갖고 가서 재 볼 수 없는 멀리 떨어진 천체의 온도를 추정해야 하는 천문학에서 사용되는
온도는 아래와 같다. 이것들은 온도 단위가 아니고 온도측정 방법에 따른 구별 이다. 온도 단위는 모두 Kelvin
을 사용한다.
1. 역학적 온도 (Kinetic Temperature)
2. 흑체 복사온도 (Black Body Temperature)
3. 색온도 Color Temperature)
아래에 지금까지 고안된 온도 단위들을 다른 자료에서 그대로 복사해서 올려 드린다. 단위는 모두 개발한
사람의 이름이다. 이 중에서 섭씨, 화씨, Kelvin (켈빈) 세가지 단위를 고안된 시간 순서대로 살펴본다.
|
온도 단위 |
Celsius 에서 해당 단위로 환산 |
해당 단위에서 Celsius 로 환산 |
|
Fahrenheit |
[°F] = [°C] × 9⁄5 + 32 |
[°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9 |
|
Celsius |
N/A |
N/A |
|
Kelvin |
[K] = [°C] + 273.15 |
[°C] = [K] − 273.15 |
|
Rankine |
[°R] = ([°C] + 273.15) × 9⁄5 |
[°C] = ([°R] − 491.67) × 5⁄9 |
|
Delisle |
[°De] = (100 − [°C]) × 3⁄2 |
[°C] = 100 − [°De] × 2⁄3 |
|
Newton |
[°N] = [°C] × 33⁄100 |
[°C] = [°N] × 100⁄33 |
|
Réaumur |
[°Ré] = [°C] × 4⁄5 |
[°C] = [°Ré] × 5⁄4 |
|
Rømer |
[°Rø] = [°C] × 21⁄40 + 7.5 |
[°C] = ([°Rø] − 7.5) × 40⁄21 |
(2) 중국이 아닌 폴란드에서 오신 華氏 아저씨
화씨 (華氏-Fahrenheit) 는 Daniel Gabriel Fahrenheit (1686~1736, 폴란드 출생, 독일이주) 가 1724년
고안한 단위이다. 한자 華氏 는 Fahrenheit 의 중국어 음역 <華倫海 - 화륜해>에서 華 를 성처럼 사용하고
氏 를 붙인 것이다. 華 는 중국어로 <후아 – Huá>로 발음한다. 이름하여 Mr. Fah.
이 단위로 계산하면, 물과 얼음의 평형상태는 32 ℉ , 끓는 점은 212 ℉ 로 되고, 그 사이를 180 등분한 것이
1 ℉ 이다. 단위가 32 나 212 처럼 외우기 힘든 숫자인 이유는, 온도 측정실험을 물을 포함해서 다른 물질도
같이 사용했기 때문이다.
< Fahrenheit 초상화> <Fahrenheit 의 온도실험> <순수소금 Ammonium chloride>
이 분은 머리 아프게도 물, 얼음, 순수소금 (Ammonium chloride - NH4Cl ) 의 세가지 물질로 실험했다.
참고로 일반소금은 Sodium Chloride 이며 화학식은 NaCl. 하여간 이 세가지 물질을 1:1:1 로 섞은 다음,
각각의 물질이 서로 영향 주지 않고 독립적으로 섞이기 전의 형태를 유지하는, 세가지 물질의 평형상태 (Equilibrium) 를 0 ℉ 로 정했다고. 이렇게 여러 물질이 평형상태를 유지하며 섞여 있는 상태를 Frigorific
Mixture 라 부른다고 한다. 또한 물과 얼음 두가지 물질의 평형 상태는 그가 고안한 단위로 32 ℉가 되었고,
그의 몸 체온은 96 ℉ 였다고 한다. 0 ℉ , 32 ℉, 96 ℉ 세가지 기준으로 화씨 단위가 만들어졌다.
쉽게 말하면 물, 얼음, 순수소금을 1:1:1 로 거의 팥빙수 같이 범벅한 상태에서 물도 얼지 않고 얼음이나
소금도 녹지 않는 온도가 0 ℉ 라는 얘기이다. 그런데 이 온도를 섭씨로 환산하면 – 17.78 ℃ 로서 상당히
낮은 온도이다. 자료를 못 찾아 더 이상 알아볼 순 없었으나, 당시에 어떻게 이렇게 낮은 온도를 실험실에서
만들어 낼 수 있었는지 궁금하다. 그 때 냉동기법이 얼마나 발전했었는지는 모르겠다. 아니면 독일 북쪽은
겨울에 엄청 추우므로 혹시 겨울 들판에서 실험을 ?
(3) 하루라도 안 불러주면 섭섭한 攝氏 아저씨
우리나라가 사용하는 섭씨는 한자로 攝氏 로 쓰는데, 이것은 화씨의 경우처럼 Celsius 의 중국어 음역
<攝爾思 - 섭이사>의 攝 을 성처럼 사용한 것이다. 攝 의 중국어 발음은 <쉐 – Shè> 이다.
섭씨 단위는 고안될 당시 기준으로 해발 0 m (해수면. 지금은 1기압 기준) 에서 물과 얼음의 평형상태를
0 ℃ 로 하고, 끓는 점을 100 ℃ 로 해서 그 사이를 100 등분한 것이다. 이 온도단위는 Andres Celsius
(1701~1744, 스웨덴) 가 1742년 제안했는데, 흥미로운 사실은 이 분의 본업은 스웨덴 웁살라 대학 (Uppsala University) 의 천문학 교수 였다는 것이다. 당시 과학은 모든 분야가 통합되어 있어 이해된다.
<Andres Celsius 초상화> <당시 Uppsala 대학 천문대. 그림은 현대에 그려진 것.
건물 이름은 The House of Andres Celsius.
삼각형 지붕 건물이 그가 사용하던 천문대>
본업인 천문학에선 별로 두각을 보이진 못했지만, 부업인 물리학에서 고안한 온도단위가 지금은
미국, 유럽을 제외환 세계 대부분 국가의 일기예보에서 그의 이름 (섭씨 - 攝氏, Celsius)이 매일 셀 수도 없이
불려지고 있다. 아마추어 천문학 등과 관계없는 일반인이 학생시절 빼고 코페르니쿠스, 케플러, 메시에 이름은
평생 못 들어도 이 분 이름은 거의 매일 듣고 있을 것이다. 부업으로 인류에 기여한 대표적인 예인 듯하다.
(4) 문자 K 하나로 열역학 평정한 켈빈 아저씨
보통 우리가 절대온도라고 부르는 것은 섭씨온도, 화씨온도 같은 온도단위가 아니고 어떤 특정한 온도 수준인
절대영도 (Absolute Zero) 또는 0 Kevin 을 의미한다. 온도단위로서 정확한 명칭은 열역학적 온도
(Thermodynamic Temperature), 또는 Kelvin 온도 이며, 또 다른 말로는 절대온도눈금 (Absolute Temperature Scale) 이라고 부르기도 한다.
열역학적 온도는 William Thompson, First Baron Kelvin (1778~1850) 이 1848년 고안한 온도개념이다.
Ireland 출신으로, 이름 뒤에 붙은 것은 남작 작위 명칭이다. 이 분은 귀족 중에선 최하층 계급이나, 그나마
남작이란 작위가 있어 Lord Kelvin 으로 불렸으므로 온도 단위도 톰슨이라고 쓰지 않고, 약자로 K 를 사용한다.
<Kelvin 사진>
Kelvin 단위는 열을 발생시키는 분자운동 정도를 통해 표시하는 온도 단위로, 대상 물질에 관계없이 모든 물질의
온도 표시에 사용한다. 위에서 언급드린 것처럼 물질의 입자 진동이 정지해 열이 발생하지 않는 가상의 상태 를
“0” K 로 정의하는데, 이를 절대온도라고 한다.
0 K를 섭씨로 환산하면 – 273.15 ℃, 화씨로는 – 273.15 ℉ 이다. Kevin 온도간격은 섭씨 ( ℃)를 그대로 사용
한다.
물질 입자운동 정지상태 : 0.00 K = – 273.15 ℃ = 절대온도
물, 얼음의 평형상태 : 273.15 K = 0.00 ℃
물이 끓는 온도 : 373.15 K = 100.00 ℃
<세가지 온도 단위 비교>
III. Surprise & Mystery
차가움의 절대지존 – 부메랑 성운
(1) 가까이 오면 뭐든지 얼려버린다
50년 전까지만 해도 우주공간 온도는 몇가지 양자효과 (Quantum Effect)를 제외하고 모든 원자들의 운동이
멈춘 상태인 절대영도, 0 Kelvin 이라고 추정하고 있었다. 그러나 1964년 우주배경복사 (CMB-Cosmic Microwave Background Radiation) 가 밝혀지고 난 후, 우주공간 온도는 빅뱅 이후 잔존하고 있는 열이 만들어내는 온도인
2.73 K 라는 것이 알려졌다.
절대영도인 0 Kelvin 에 도달하기 위해선 우선, 이 우주배경복사에서 벗어나 있어야 하고, 두번째로 모든 원자의
운동이 정지한 상태가 되어야 한다. 그런데, 우주공간에도 존재할 수 없는 이런 절대영도, 즉 우주에서 가장 추운
곳은 놀랍게도 이 지구상에 존재한다. 그 주소를 알아보면, 미국 매사추세츠 주 캠브리지시 매사추세츠 애비뉴
77번지 빌딩 26-243 이다. 쉽게 말하면 MIT 대학 구내 Wolfgang Ketterle 연구소인데, 이곳에서 이론상 존재
하던 온도인 0 Kelvin 을 십억분의 1℃ 오차 범위내로 만들어 냈다고 한다.
그러면 우주 공간에서 인공이 아닌, 자연적으로 발생된 가장 차가운 곳은 어디일까 ? 우주공간 온도인 2.73 K
보다 더 추운 곳이 있는데, 바로 부메랑 성운 (Boomerang nebula) 이라 불리는 천체이다. 온도는 약 1 K 로서 - 272℃ 이다. 절대영도 0 K (-273. 15℃) 에서 단지 1 ℃ 밖에 차이 나지 않는다. 이것은 우주에서 자연적으로
형성된 천체 중에서 가장 온도가 낮고, 더욱이 우주배경복사 온도 보다 낮은 유일한 천체이다.
<부메랑 성운 허블 사진. Polarizing Filter 사용후 Color 보정.
적경 12/ 44/ 45.45 적위 +54 31/ 11.4 센터우루스자리, 거리 5,000 광년>
(2) 헷갈리는 명칭 - 원시행성상 성운
부메랑 성운은 별의 진화경로에서 원시행성상 성운으로 분류된다. 영어로는 Protoplanetary Nebula 인데,
이 명칭은 Protoplanetary Disk (원시행성계 원반) 과 말이 비슷해서 상당히 혼동된다. 두 용어의 정확한
의미를 살펴본다. 쉬운 구분방법은, 원시행성계 원반은 별이 태어날 때의 모습이고, 원시행성상 성운은 “원시”
가 아니라 별이 죽어갈 때의 모습으로 생각하면 된다.
Protoplanetary Nebula 명칭은 그 이전부터 사용되던 Planetary Nebula (행성상 성운) 이란 말 때문에 생겨
났다. Planetary Nebula 는 William Herschel 이 처음 사용했다고 알려져 있는데, 행성상 성운 모양이 당시의
망원경으로 보이는 해왕성, 천왕성 등 가스로 이루어진 행성 모양과 비슷하다고 해서 붙여진 이름이다.
이 Planetary Nebula 의 바로 전 단계라는 의미에서 접두어 Proto 를 붙인 것이 명칭을 헷갈리게하는 원인이다.
그러면 원시행성상 원반과 원시행성상 성운의 정확한 의미를 알아본다.
우선 태양 질량의 1~8배 사이인 별의 탄생과 적색거성까지의 진화 경로를 보면 아래와 같다.
성간가스 à 원시행성계 원반 à 행성계 형성 à 중심 별: 주계열성 단계를 지나 적색거성.
이 때 원시행성계 원반 단계에서는 탄생하는 별 주위의 고밀도 가스가 중심 별 주위를 회전하면서 원반
중앙에선 물질이 분출된다. 원시행성계 원반을 응축원반 (Accretion Disk) 으로도 부른다.
<원시행성계 원반 구조. Illust>
<황소자리 (Taurus)에 있는 실제 원시행성계 원반>
반면 원시행성상 성운은 별이 죽어갈 때의 모습이며 행상상 성운이 되가 바로 전 단계이다. 위에서 본 태양
질량의 1~8배 사이인 별의 적색거성 이후 진화 경로는 다음과 같다.
적색거성 à 점근거성 à 원시행성상 성운 à 행성상 성운 à 백색왜성.
원시행성상 성운은 위의 진화경로에서 보시듯이 점근거성 (Asymptotic Giant Star) 과 행성상 성운의 중간
단계로서 존속기간은 행성상 성운단계에 비해 상당히 짧다. 중심성에선 적외선 및 구성물질이 초고속으로
분출된다.
이 두 용어의 혼동을 방지하기 위해 2005년에 Sahai-Sanchez Contreras & Moris 는 Proto 란 접두어 대신에
Pre를 사용해서 Preplanetary Nebula 란 명칭을 제안했는데, 천문학 지식이 일천한 저로선 헷갈리는 건 마찬
가지이다. 아래에서 여러가지 원시행성상 성운 모습 보시지요. .
<싱싱한 계란 성운 - Egg Nebula> <썩은 계란 성운 - Rotten Egg Nebula>
<개미 성운 - Ant Nebula> <적색 직사각형 성운
- Red Rectangle Nebula – Serial No 2 참조>
<솜사탕 성운 - Cotton Candy Nebula> <West Brook Nebula>
<IRAS 13208-6020> <IRAS 20068+4051>
<M2-9 (Twin Jet nebula)>
(3) 부메랑과 나비넥타이
부메랑 성운이란 이름은 1980년 호주에서 Keith Taylor 와 Mike Scarrot 두 학자가 보통의 망원경으로 관측
한 후 붙인 이름이라고 한다. 그러나 기역 (ㄱ) 자로 구부러진 부메랑과 이 성운은 그리 닮지 않았다. 호주
사람인 그들이 가스가 분출되는 밝고 굽은 부분을 보고 원주민 무기인 부메랑이 생각났을 것이다. 만일 우리
나라 사람이었다면 <장구 성운> 이 되었을지도.
이후 1995년, 칠레에 있는 ESO (European Southern Observatory) 에서 15 meter 망원경으로 관측한 결과
우주에서 제일 낮은 온도임이 밝혀졌다. 1998년 허블 망원경이 더욱 선명한 영상을 제공해서 가스의 구성
성분 등 세부사항을 알게 되었다. 허블 사진 이후에는 부메랑 성운이란 용어와 나비넥타이 성운 (Bow Tie
Nebula) 라는 이름이 같이 사용된다.
<부메랑 성운 허블사진 – 나비넥타이가 더 어울리는 명칭으로 보인다>
이것은 엄청난 속도로 분출되는 가스 때문에 우주배경 복사가 차단될 뿐만 아니라, 휴대용 버너 가스통의
가스가 분출하면 주변 온도가 내려가는 것처럼 극저온 온도가 실현된다. 분출가스 속도는 시속 590,000 km
이며, 지금은 보통의 행성상 성운보다 10 배나 많은 물질을 분출하고 있다.
중심성은 서기 500년 이후 우리 태양 질량만큼의 가스를 방출했는데, 연료가 떨어지면 점점 뜨거워질 것이고
종국에는 다른 행성상 성운들처럼 둥그런 거품모양으로 진화리라 예상된다. 그러나 앞으로 수천년 동안은
전 우주에서 가장 차가운 천체라는 명성을 유지할 것이다.
IV. Journey to Deep Sky
알아주는 사람 없어도 孤高히 빛난다 - Melotte 111
(1) 날 분류하려 하지마
머리털자리 (Coma Berenices) 는 처녀자리 (Virgo) 와 더불어 많은 은하, 성단이 밀집된 화려한 동네지만
그 안에 들어가 각각의 대상을 정확히 구분해서 찾기란 쉬운 일은 아니다. 더욱이 거의 대부분 은하, 성단은
Messier 목록, NGC 뿐만 아니라 기타 다른 목록에 단독, 혹은 중복 등재되어 있다. 대상의 정확한 목록 번호를
미리 숙지하지 않으면, 마치 화려한 먹자 골목에서 모두 “원조”가 붙은 식당 간판 때문에 헷갈리는 것처럼,
이 지역에 들어와 대상 구분 못해 헤매기 십상이다.
그 머리털자리 안에, 시골 하늘에선 맨눈으로 보이는데도 Messier 목록이나 NGC 에도 목록번호가 없는 성단이
있어 소개 드린다. Melotte 111 이란 산개성단으로, 줄여서 Mel 111 로 표기한다. 머리털 자리 안에 있는
유명한 은하, 성단들을 몇 개 나열하면 아래와 같은데, 그 중 NGC 5053만 제외하고 모든 Messier 목록과 NGC
번호가 중복되어 있다. 그러나 Mel 111은 Messier나 NGC의 두 개 조직 모두 거부하고 홀로 외로이 빛난다.
더욱이 조직에 몸담은 애들은 기껏해야 7~11등급인데 얘는 1.8 등급으로, 격도 다르다. 유독 Mel 111이 다른
목록 번호가 없는 이유는 아래에서 설명 드린다.
<머리털 자리의 주요 대상들>
|
Name |
Size |
Magnitude |
|
M64 (NGC 4826) |
9,3' x 5,4' |
9,08 |
|
M85 (NGC 4382) |
7,4' x 5,5' |
10,07 |
|
M88 (NGC 4501) |
6,9' x 3,9' |
10,31 |
|
M91 (NGC 4548) |
5,4' x 4,4' |
11,04 |
|
M98 (NGC 4192) |
9,5' x 3,2' |
10,71 |
|
M99 (NGC 4254) |
5,4' x 4,8' |
10,17 |
|
M100 (NGC 4321) |
6,9' x 6,2' |
10,26 |
|
M53 (NGC 5024) |
12,6' |
7,8 |
|
NGC 5053 |
10,5' |
9,8 |
|
Mel 111 |
275,0' |
1,8 |
(은하 : M64, 85, 88, 91, 98, 99, 100 / 성단 : M53, NGC 5053, Mel 111)
비록 사람들이 그다지 알아 주진 않지만, 고고히 빛나는 자태는 머리털자리란 이름에 어울리는 모습이다.
우선 아래에 Mel 111 얼굴 사진 먼저 올려 드린다. 과연 머리털자리에 어울린다고 생각되시는지….
머리털 모양은 그 아래 사진을 상상해 보시기 바란다.
<Mel 111 산개성단>
<만화영화 “라푼젤” 주인공 머리모양 (영어 제목은 “Tangled”).
이런 머리카락 상상하시면서 머리털자리 주변 보세요>
(2) 전설 따라 삼천리
머리털자리는 우리나라 봄 하늘에서 교외로 나가면 어렵지 않게 볼 수 있다. Mel 111 찾아가기 전에 그런
별자리 이름이 생긴 연유를 살펴본다. Serial No 3 (2월25일 게재) 에서 M64 살펴볼 때 ‘머리털” 이란 우리말
관련해서 언급한 적이 있으나, 이번에는 그 이름을 얻게 된 전설을 알아본다.
머리털자리란 이름은 Greece 의 Samos 출신으로 Egypt 왕실 천문학자가 된 Conon 이란 사람이 BC 247년,
Egypt 왕비인 Berenice 머리카락 이름을 따서 명명했다고 전해진다. Berenice는 Cyrene의 Magas 왕의 공주로
태어나 Egypt Ptolemy 3세의 왕비가 되었다. Ptolemy 3세가 Syria왕 Seleucos 와의 전쟁에 나갔을 떄 Berenice는
그의 남편이 전쟁에서 승리하고 무사히 돌아오면 아름다운 머리카락을 잘라서 Aphrodite 여신에게 바치겠다고
신전에 맹세한다.
Ptolemy 3세가 승리하고 돌아오자 그녀는 맹세한 대로 머리카락을 잘라서 신전에 바쳤다. 그 다음날 아침,
Ptolemy 3세가 왕비가 바친 머리카락이 잘 있는지 확인하러 신전에 가 보았더니 머리카락은 누가 훔쳐갔는지
없어지고 말았다. 당연히 왕은 대노했고, 신전을 지키던 병사들은 죽어 나갈 상황이었다. 그날 저녁, 왕실 천문
학자 Conon은 왕을 밖으로 데리고 나가, Aphrodite 여신이 그 머리카락을 가져다 하늘에 새로운 별자리를
만들었다며 자기가 임의로 만든 별자리를 보여주었다. 그 말에 만족한 왕은 도난사건을 없던 일로 하고 병사
들을 풀어 주었다는 얘기.
아래 그림은 머리털 자리 주변 별자리 그림이다. 우리가 사용하는 성도와는 다르게 동서방향이 바뀌어 있음에
주의 바란다. 왼쪽 해파리 모양이 머리털 자리이고 오른쪽 사람 모양은 목동자리이다. 한편 머리털 자리는
기역자 (ㄱ) 를 90도 왼쪽으로 회전한 모양이므로, 머리털을 해파리 모양이 아닌 아래 그림처럼 그리기도 한다.
<머리털 자리 주변 별자리 그림>
<해파리 모양 머리카락 보다는 이런 모양이 어린이도 이해하기 쉬울 듯>
하여간, 그 이후 머리카락 도난사건은 영원한 미제사건으로 남겨진다. 제 생각에 범인은 아마도 Conon이
아닌지 모르겠다. Aphrodite 신전에 쉽게 들어갈 수 있는 신분을 가진 사람도 많지 않을 뿐더러 그 곳에
왕비의 머리카락이 있는지 아는 사람은 왕실 사람밖에 없을 것이다. 절세미인 Berenice 여왕을 짝사랑한
나머지 머리카락이라도 안고 하루밤 자고 다음날 도로 갖다 놓으려고 자기 집에 갖고 갔는데, 재수없게도
그가 출근하기도 전인 이른 아침에 왕이 신전에 들르리라곤 생각지 못했을 것이다.
자기 때문에 죄 없는 병사들만 죽어나갈 상황이므로, 저녁까지 하루 종일 고심한 끝에 잔꾀를 부려 사자
자리 (Leo) 꼬리 부분을 자기 마음대로 떼어내서 별자리 잘 모르는 왕에게 <머리털 자리>라고 새로운 별자리
탄생 운운한 것은 아닌지…. 가정과 왕실의 평화를 생각해 속아주는 척, Conon 말을 믿어주는 Ptolemy 3세가
존경스럽다. 저 혼자 생각이므로 믿으시거나 말거나 입니다.
더욱 우스운 일은 누가 이름 붙였는지 모르겠으나, 달에 Conon 의 이름을 딴 crater 가 있다는 사실이다.
그것도 달 중심부 찾기 쉬운 곳에 위풍당당 버티고 있다. 비의 바다 (Mare Imbrium) 와 맑음의 바다 (Mare Serenitatis) 사이에 아펜니우스 산맥 (Montes Apennius)이 있는데, 그 바로 동쪽에 Conon Crater 가 보인다.
아래에 Conon Crater 위치 및 근접 사진 올리므로 그의 얼굴 잘 보시기 바란다.
<Conon crater 위치> <Conon crater 근접사진>
(3) 보석 같은 V 자 별무리
서론이 너무 길었다. 하여간 Mel 111 은 Coma Star Cluster 란 이름으로도 불린다. 우리말로 하면 머리털자리
산개성단이다. 영국 천문학자 Philibert Jacque Melotte (1880~1961)가 자기 이름 따서 등록했다. 이 사람
이름이 프랑스 식인 이유는 그의 부모가 벨기에에서 영국으로 이주했기 때문이다. Melotte는 1908년 목성의
위성 Pasiphae를 발견했고, 676번 소행성 Melitta도 발견한 업적이 있다.
Mel 111 에는 5~10 등급 사이의 별 약 40 개가 5도 안에 모여 있고 우리 은하에서 280 광년 밖에 떨어지지
않은, 아주 가까운 산개성단이다. 나이는 4억5천만년으로 추정된다. 도시라면 적어도 소형 망원경 정도는
있어야 보이겠지만, 시골처럼 깜깜한 밤이면 맨눈으로도 관찰 가능하다.
Mel 111 주변에는 워낙 유명한 별들이 많으므로 찾기는 쉽다. 4.4등급 머리털 자리 감마별
( γ Comae) 을 찾은 후 바로 그 아래를 보시면 된다. 감마별은 Mel 111 에 포함되지 않는다.
아래의 망원경 사진에서 사진 위쪽 노란색 감마별 아래에 여러 별들이 옆으로 누운 <V>자를 만들었다.
<Mel 111 망원경 사진>
<머리털자리 감마별 주변 성도. 오른쪽 원 내부가 Mel 111.
성도에는 원 안에 감마별이 들어가 있으나 Mel 111에 포함되지는 않는다>
<머리털자리 광시야 사진.
우측상단이 감마별이고 바로 그 아래가 Mel 111. V자 모양이 보인다>
Mel 111 주변부는 예전에 사자자리 꼬리부분 영역에 포함되어 있다가, 16세기 중반 천구상 별자리 구역을
정할 때 사자자리에서 머리털 자리로 구획정리 되었다. Melotte 가 스스로 Mel 111로 목록번호를 만든 후,
한참 지난 1938년이 되어서야 산개성단으로 인정받아 정식으로 Catalog 번호가 주어졌다. 따라서 Messier
Catalog 나 NGC 번호에는 올라가 있지 않게 된다. 뭐든지 먼저 찜 해두면 빛 볼 날 있음을 증명하는 사례인 듯.
머리털자리 간 김에 여기에 있는 Double Star 도 몇 개 살펴본다. 사실 Double Star 는 우리가 보는 별들 중
일반적이라 할 만큼 많은 부분을 차지한다. Double Star 는 두가지로 크게 나눌 수 있는데, 지구로부터 거리는
다르지만 우리 시선 방향으로 두 개 별이 같이 놓여 있는 Optical Double Star 와 실제로도 서로 가까이 있으
면서 상호 중력작용으로 궤도운동을 하는 Binary Star 의 두가지로 분류된다. 자세한 것은 다음 기회에 살펴본다.
Double Star 도 표시된 성도와 세가지 사진 같이 올린다.
<Double Star 도 같이 표시된 성도> <24 Comae - Richard Dibon 작품>
머리털자리 대표자인 알파별 (α Comae) 부터 Double Star 이다. 이 별은 왕관별 (Diadem)으로도 불리며
Struve 목록으론 Σ 1728 이다. 기타 별로는 위의 성도에 표시된 별들 중 24번 (위의 우측 사진), 17번,
35번, Σ 1633, Σ 1639 (아래 두 사진) 이 있고, 성도상엔 없으나 2번, 32/33번, 39번 별도 Double Star이다.
< Σ 1633 – Steve Bodin 작품> < Σ 1639 – Steve Bodin 작품>
V. Moon River Wider Than a Mile
월하삼작 – 행성조와 지구조
(1) 2003년 천문지도사 3급 1기 자격시험 문제
여기서는 행성조와 그것의 일종인 지구조를 살펴보려 하는데, 이 주제에 도움이 될 것 같아 10년 전 천문지도사
3급 1기 자격시험 문제 중 재미있는 사항이 있어 먼저 소개 드린다. 우리는 달로 여행가지 않는 한, 항상 지구
위에서 달을 볼 수 밖에 없다. 그러나 달에서 지구를 본다면 시간에 따라 그 위상과 밝기가 어떨지 아래 문제
보면서 생각해 본다.
<지구와 달 – 1992년 Gallieo 위성 사진>
참고로, 우리학회 천문지도사 3급 1기 연수는 2002년 9월부터 2003년 1월까지 실시되었고 자격검정 시험은
2003년 1월말에 실시되었다. 문제 내용이 재미 있으므로 같이 한번 풀어 보시지요.
문제: 지구에서 보는 태양은 보름달 보다 ( ① ) 배 더 밝고,
달에서 보는 보름지구는 지구에서 보는 보름달보다 ( ② ) 배 더 밝다.
답이 바로 계산 되시는지요 ? 행성조, 지구조와 관련 있는 내용은 ② 번 이지만, ① 번도 같이 살펴본다.
이 문제는 단답형 주관식이고, 문제 푸는데 필요한 수치는 주어지지 않았다. 출제자의 연수강의를 듣지
않았다면 풀기 쉽지 않은 문제라고 생각된다. 성격 급하신 분들 위해 정답부터 알아 본다.
정답 ① : 398,359 배, 약 400,000 배 (자격시험 당시 정답은 60,000 배. 아래 설명 참조)
정답 ② : 36.01 배, 약 40 배 (자격시험 당시 정답은 80 배. 아래 설명 참조)
문제에 같이 제공되진 않았으나, 풀이에 필요한 수치를 여러 자료에서 찾아 보았다.
1. 안시등급 : 태양 – 26.74 등급. 보름달 – 12.74 등급
2. 안시등급 1등급 밝기 차이 : 2.512 배
3. 지구 적도 반지름 6,378 km, 달 적도반지름 1,738 km
4. Albedo : 지구 0.367 (36.7 %), 달 0.136 (13.6 %)
풀이 ① :
태양은 -26.74 등급, 보름달은 – 12.74 등급이므로 14 등급만큼 차이 난다
1 등급의 밝기 차이는 2.512 배 이므로 2.512 x 14 승수 = 398,359 배 (약 400,000 배)
풀이 ② :
평면이라 가정하고, 지구 반지름은 6,378 km 이고, 달 반지름은 1,738 km 이므로 지구 반지름이 달보다 3.66 배
크다. (6,378/1,738 = 3.66). 따라서 지구 면적은 달 보다 13.39 배 크다 (3.66 x 2 승수 = 13.39).
또한 태양 빛 반사율인 Albedo 는 지구와 달이 각각 0.367 및 0.136 이므로 지구가 달 보다 태양 빛을 2.69 배
만큼 더 반사 할 수 있다. (0.367 / 0.136 = 2.69).
따라서 같은 태양 빛을 지구가 13.39 배 더 큰 면적으로 2.69 배 더 많이 반사하므로 보름지구는 보름달 보다
36.01 배 만큼 더 밝게 보일 것이다. (13.39 x 2.69 = 36.01)
사족으로 덧붙이면, 천문지도사 3급 1기 자격시험 당시 ① 번 정답은 60,000 배 였다. 당시는 태양을 – 27 등급,
보름달을 – 15 등급이라고 산정한 것 같다. 그러면 등급차이가 12 등급 나므로 2.512 x 12 승수 = 63,129 배가
되어 약 60,000 배로 계산된다.
또한 당시의 ② 번 정답은 80배 였다. 지구 면적은 달보다 정확히 3.66 배인데, 이를 4 배로 계산하고, 지구
Albedo 를 35 %, 달을 7 %로 한 것 같다. 그러면 면적차이는 4 x 2 승수 = 16 배가 되고 Albedo 차이는
5 배 (35 % / 7 %) 되어, 16 배 x 5 배 = 80 배 가 된다.
10년 전의 자료로 출제된 문제라서 수치 차이가 나는 것 같다. 사실 현재도 자료마다 수치가 아주 약간씩 차이는
있으나, 큰 차이는 없다. 머리 식힐 겸해서 살펴보았는데 머리 더 아프셨다면 죄송합니다. 문제의 아이디어가
재미있고, 행성조, 지구조 살펴보는데 도움이 되어 알아 보았다.
(2) 행성조
행성조 (行星照, Planetshine) 는 태양 빛이 행성에 반사되어 행성 주변에 있는 위성을 비추는 현상이다.
따라서 태양이 직접 비추는 행성의 낮 부분 (밝은 부분) 이 아닌, 밤 부분 (어두운 부분) 도 이 반사된 빛으로
인해 희미하게나마 빛나게 된다. 이 현상은 태양계는 물론 유사한 외계 행성계 모두에서 나타나는 현상이다.
아래 그림은 행성조의 태양 빛 반사 경로를 나타낸 것이다.
<행성조의 태양 빛 반사 경로>
이 행성조의 대표적인 경우가 지구조 (地球照 Earthshine) 이다. 그러나 다른 행성에서도 당연히 발생하는
현상이며, 토성조 를 촬영한 사진을 아래에 소개 드린다. 사진은 토성에 반사된 태양 빛이 토성 위성인
Iapetus 를 비추는 사진이다. 사진 왼쪽의 흐리게 빛나는 부분이 토성조 이다. 이 사진은 밝기를 보정한 것으로
실제로는 사람 시력으로는 밝기를 구분할 수 없다고 한다.
<Iapetus를 비추는 토성조>
(3) 지구조
행성조를 지구에 적용하면 지구조가 되고, 지구 빛을 받는 것은 달님이다. 많이 보아 오셨듯이 초승이나 그믐이
가까울 때 달의 어두운 부분이 어둡지만 희미하게 보이는 것이 바로 지구조이다.
만일 우주에서 본다면 이 지구조는 극명하게 드러난다.
아래 사진은 1994년 달 탐사선 Clementine 호가 찍은 사진이다. 달의 왼쪽 어두운 밤 부분 위로 태양이
떠오르고 있다. 사진에선 안보이나 지구는 달의 오른쪽에 있을 것이다. 태양이 달의 왼쪽에서 뜨고 있으므로
당연히 달의 오른쪽은 더욱 캄캄해야 하는데, 이상하게도 달의 오른쪽이 밝아 보인다. 이유는 달의 오른쪽에
있는 지구가 달 뒤편에 있는 태양 빛을 받아 그 반사된 빛이 달의 오른쪽을 비추기 때문이다. 사진 아래
왼쪽에 있는 세 개 점들은 태양 가까운 쪽로부터 수성, 화성, 토성이라고 한다.
<우주에서 본 지구조>
우주가 아닌 지구에서 달을 볼 경우에는, 지구 표면에서 반사된 태양 빛을 달이 다시 반사해서 지구에 서
있는 우리 눈에 그 빛이 들어오게 된다. 상현이나 하현달에 가까워지면 지구조도 더욱 어두워져 잘 보이지는
않는다. 아래 그림은 지구조를 지구 위에서 볼 경우에 태양 빛 반사 경로를 나타낸 것이다.
지구는 바다와 구름 등이 있기는 하지만, 지구가 받는 태양빛의 36.7 % 밖에 반사하지 못한다. 이 반사되는
수치를 Albedo 라고 한다. 지구에서 볼 경우, 금성은 최대 – 4.7등급 까지 밝아지는데, 금성의 두터운 대기층이
태양 빛을 67.0 % 나 반사하기 때문이다. 위의 문제 풀이에서 언급드린 것처럼 달의 Albedo 는 13.6 %이고
수성은 14.2 % 이다.
<태양 빛이 지구에 반사된 후 다시 달에 반사되는 경로>
(4) 왜 초승달, 그믐달에만 지구조가 보일까 ?
만일 “금성일면 통과가 있는 6월 6일의 달 위상을 천문프로그램 찾아 그리시오” 라는 문제가 있다면 정답은
무엇일까 ? 좀 국제적으로 생각한다면, 이 문제는 출제에 오류가 있는 문제이다. 이유는 “관측자의 위치”가
제시되지 않았기 때문이다. “우리나라” 라면 왼쪽이 많이 차있는 볼록달 (하현 반달로 진행되는 볼록달) 이
정답이지만, 남반구인 “호주” 이면 오른쪽이 많이 차있는 볼록달 이 정답이 될 것이다. 그러나 달이 빛나는
부분은 동일하다.
그러면 같은 날 달의 북반구에서 지구을 본다면 어떤 위상으로 보일까 ? 답은 초승달 모양의 지구 이다. 만일
바로 생각 안 나신다면 태양-달-지구 위치 변화에 따른 달의 위상 변화 그림에서 관측자 위치를 지구에서 달로
바꾸면 모양이 짐작되실 것이다.
그런데 지구조는 왜 초승달, 그믐달에서만 잘 보이고 반달이 지나면 보이지 않는 것인가 ? 달이 멋있게 보이
려는지, 아니면 지구인들 데이트할 때 분위기 살려주려는지도 모르겠다. 그러나 위에서 말씀 드린 것처럼
달 위상에 관계 없이 지구조는 항상 있긴 있는데, 우리 맨눈으로는 잘 보이지 않을 따름이다.
하여간 반달이 지나면 잘 보이지 않는 이유는 두가지 이다. 바로 생각나는 것은, 달이 반달로 진행되면서
지구에서 반사된 태양 빛을 받아들이는 달의 어두운 부분도 점점 작아지게 되며, 이에 따라 어두운 부분은
더욱 희미해질 거라는 사실이다.
그러나 더 중요한 이유는 따로 있다. 같은 시간인 경우에 북반구 지구에서 보는 달의 위상과 북반구 달에서
보는 지구는 정반대의 위상이 된다. 지구의 북반구이면 달 위상이 초승달 à 반달 à 보름달로 커지면서
북반구 달에서 보는 지구의 위상은 보름지구 à 반지구 à 초승지구 로 작아지게 된다.
우리나라에서 지금 초승달을 보고 있다면, 같은 시점에 달의 북반구에서 지구를 보면 왼쪽이 꽉 찬 거의 보름지구
를 보게 된다. 지구에서 보는 달이 <합삭>인 날에 달에 가서 지구를 보면 <보름지구>로 보일 것이다.
따라서 초승달이면 달에서 보는 지구는 보름지구 정도가 되어 지구가 태양 빛을 달로 반사해서 비추는 면적이
크게 되므로, 달에 더 많은 태양 빛이 전달되어 달의 어두운 부분이 잘 보이게 된다. 그러나 반달로 진행되면,
달에서 보는 지구는 반지구가 되어 태양 빛을 1/2 밖에 반사하지 못하므로 지구조가 그만큼 희미해지므로
맨눈으로는 보이지 않게 된다.
아래 그림에서 달 궤도 또는 표면에서 보이는 지구의 서로 다른 위상 보여 드린다. 참고로 달 북반구 중위도에
착륙한 Apollo 15 호를 제외하고 다른 모든 달 착륙선은 달의 적도부근에 착륙했다.
<약간 볼록한 반지구 - Apollo 11호 사진. 1969년 7월 21일.
궤도 돌던 사령선 안에서 찍은 지구. 착륙선이 사령선에 도킹하기 위해 접근중이다.
달의 적도 부근에서 찍었기 때문에 지구의 위쪽 반이 보인다>
<약간 오목한 반지구 - Apollo 16호 사진. 1972년 4월 20일.
달에 착륙한 착륙선 안에서 찍은 지구. 멀리 月평선 위로 궤도 도는 사령선이 왼쪽에 보인다.
역시 달의 적도 부근에서 촬영>
<초승지구 - Apollo 17호 사진. 1972년 12월 (날짜는 정보 없음)
궤도 돌던 우주선 안에서 찍은 지구. 달의 적도 부근 상공>
<초승지구 - Apollo 15호 사진. 1971년 8월 (날짜는 정보 없음)
지구로 귀환하면서 우주선 안에서 찍은 지구. 촬영 위치 정보 없음>
잘 보이지 않더라도 태양이 있는 한, 지구조 그대는 항상 그 자리에.
원래 분위기 있는 조명은 간접조명이다.
두 번 쿠션 먹은 태양 빛 받으며 月下三酌 (월하삼작) 이면 不亦悅乎 (불역열호).
<겨울 그믐달과 지구조- 사진출처: Sciencephoto Library>
내용도 없는 칼럼이 길이만 늘어지는 것 같아 여기에서 마칩니다. - Astro News 끝 –
Astro News - Serial No 9 - July 2012
Astro News - Serial No 7 - May 2012
정말 잘 읽었습니다. 분량이 지하철 오가며 읽기에 딱이에요~ ^^